中国碳中和目标下的风光技术展望.pdf
《中国碳中和目标下的风光技术展望.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《中国碳中和目标下的风光技术展望.pdf(146页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、Technology Outlook on Wind and Solar Power toward Chinas Carbon Neutrality Goal中国碳中和目标下的风光技术展望清华大学碳中和研究院2024年1月中国碳中和目标下的风光技术展望Technology Outlook on Wind and Solar Power toward Chinas Carbon Neutrality Goal二氧化碳等温室气体大量排放导致的气候变化,是全人类面临的严峻挑战。在全球气候治理进程的关键时刻,中国作出碳达峰碳中和重大承诺,推动高质量发展,加快绿色低碳转型,体现出勇担重任的大国担当。“双
2、碳”目标下,风、光等可再生能源发展成为构建新型电力系统、推动能源结构转型的关键举措。“双碳”目标提出三年来,我国积极稳妥推进碳达峰碳中和,完成了构建碳达峰碳中和“1+N”政策体系,稳步推进能源绿色低碳转型,把促进新能源和清洁能源发展放在了更加突出的位置。如今,中国已成为全球最大的光伏和风电市场,在推动技术进步和成本下降的过程中起到了重要作用,为应对全球气候变化树立了行动典范。然而,目前风光技术在发展过程中仍面临着许多系统性挑战,如发电效率低、储能技术不成熟、成本较高等。为应对这些挑战,相关学界和产业界正不断加大风光技术研发投入,力求突破技术瓶颈,推动风光技术的快速发展,为实现能源转型和绿色低碳
3、发展提供有力支撑。在能源基金会支持下,清华大学碳中和研究院、环境学院联合相关研究机构、行业协会、头部企业,针对风能、光伏和光热发电的关键问题与发展路径开展系统研究,并牵头撰写了中国碳中和目标下的风光技术展望报告,以期为未来电力系统的绿色与低碳发展提供数据支持与相关建议,为实现“双碳”目标提供支撑。本报告强调了中国在可再生能源技术创新和制造领域的关键地位。详细梳理了风电技术、光伏技术和光热技术的发展概况、关键技术与产业链发展现状和趋势,介绍“风光+”技术的发展模式及示范案例,并提出政策发展建议。报告指出,“风光+”技术的出现将推动风光能源的高质量发展,催生出更加强大和可持续的能源体系。风力发电、
4、光伏发电和光热发电的相序 言互协同作用,将不仅使可再生能源发展更为多样化,而且有助于提高其整体稳定性与可靠性。报告站在全球气候变化与中国生态文明建设的关键节点,提出了风光可持续发展的战略措施。随着气候变化带来的极端天气事件愈发频繁,高比例风光发电的电力系统如何应对其影响以保证电力系统的可靠性,大规模风光发展如何保证不对当地生态系统造成破坏,都是当今亟需研究的焦点问题。报告指出,应对这些挑战需要跨学科合作,发展更智能、更适应未来气候变化的风光能源系统,包括更可靠的预测技术,以应对气候变化带来的不确定性;同时,应开展风光电站建设前的全面环境评估,以最大限度地减少对当地生态的影响,确保生态系统的平衡
5、和可持续性。本报告不仅提出问题,还提供了较为详尽的风光发展方案,为政策制定者、行业领袖和社会各界提供参考。报告显示,自2005年以来,随着我国风电、光伏技术装备水平的不断加强,风电、太阳能发电的装机规模不断扩大,在电力结构中的装机与发电比重逐步提高,发展成效显著。未来我国风、光发电预计将持续大规模发展,在应对全球气候变化的过程中发挥重要作用。本报告编写得到了相关学界和产业界专家的大力支持。在报告编写过程中,研究团队组织了以“面向碳中和的风光技术”为主题的系列碳中和技术论坛与学术沙龙活动,建立了交流合作平台与机制,上百位专家参与了学术研讨和报告评审工作。未来,团队将继续深入研究、促进交流,推动风
6、光技术可持续发展,为实现“双碳”目标、应对全球气候变化作出更大贡献。李俊峰国家气候战略中心首任主任中国能源研究会常务理事能源基金会首席执行官兼中国区总裁贺克斌邹骥中国工程院院士清华大学碳中和研究院院长清华大学环境学院教授CONTENTS目录引言第 1 章 碳中和目标下的风光电力1.1 风光资源时空分布特征 _ 41.1.1 风光资源空间分布特征 _ 41.1.2 风光资源时间分布特征 _ 71.2 风光发电发展历史与现状 _101.2.1 风光在我国装机和发电结构中的变化 _101.2.2 我国风光在全球装机和发电量的发展特征 _111.2.3 现今风光发展的空间分布现状 _131.3碳中和目
7、标下高比例风光发展路径 _17风光技术发展展望篇第 2 章 风电技术发展展望2.1 风电技术发展概况 _242.1.1 风电技术发展现状 _242.1.2 风电技术发展瓶颈与挑战 _272.2 风电关键技术及产业链发展概况 _302.2.1 产业链发展现状 _302.2.2 关键零部件发展现状 _312.2.3 国内外产业政策对产业链的影响 _332.3 风电关键技术发展趋势及成本演变 _352.3.1 关键技术发展趋势 _352.3.2 关键技术成本演变 _372.4 政策发展建议 _412.5 风电发展模式及示范案例 _432.5.1风电+海洋牧场 _432.5.2风电制氢的模式 _442
8、.5.3风电 Power to X _45第 3 章光伏技术发展展望3.1光伏技术发展概况 _483.1.1光伏技术发展现状 _483.1.2光伏技术发展瓶颈与挑战 _513.2光伏关键技术与产业链发展概况 _523.2.1产业链发展现状 _523.2.2关键零部件发展现状 _533.2.3国内外产业政策对产业链的影响 _543.3 光伏关键技术发展趋势及成本演变 _563.3.1关键技术发展趋势 _563.3.2关键技术成本演变 _583.4政策发展建议 _613.5光伏+发展模式及示范案例 _623.5.1光伏+农业 _623.5.2光伏+治沙 _633.5.3光伏+建筑 _633.5.4
9、光伏+交通 _65第 4 章光热技术发展展望4.1光热技术发展概况 _684.1.1光热技术发展现状 _684.1.2光热技术发展瓶颈与挑战 _704.2光热关键技术与产业链发展概况 _714.2.1产业链发展现状 _714.2.2关键零部件发展现状 _714.2.3国内外产业政策对产业链的影响 _744.3光热关键技术发展趋势及成本演变 _764.3.1关键技术发展趋势 _764.3.2关键技术成本演变 _764.4政策发展建议 _804.5光热+发展模式及示范案例 _ 81风光可持续发展的应对措施篇第 5 章极端天气应对与风光发电量预报技术5.1极端天气对可再生能源系统的影响以及应对措施
10、_885.1.1少风少光的极端天气时空变化特征分析 _885.1.2极端天气对可再生能源系统的影响 _915.1.3应对极端天气的措施和策略 _935.2风光发电预报技术 _955.2.1风光发电量预报的意义和应用场景 _955.2.2风光预报的方法分类 _955.2.3风光预报技术的发展和展望 _975.3电力市场交易对风光预报的需求及市场前景 _98第 6 章生态环境友好的风光技术措施6.1风光系统对生态环境的影响 _1026.1.1风电场生态影响分析 _1026.1.2光伏电站生态影响分析 _1036.1.3风电对区域气候影响分析 _1066.1.4光伏对区域气候影响分析 _1066.2
11、低生态环境影响的技术措施 _1086.2.1光伏电站生态环境友好技术 _1086.2.2风电场生态环境友好技术 _1116.2.3低生态环境影响的管理技术 _1126.3生态效益示范项目 _1146.4政策建议 _119碳中和目标下的风光发展政策与展望篇第 7 章风光发展技术路线展望与政策建议7.1未来年风光发展技术路线图 _1247.2风光发展的政策建议 _126参考文献 _12814中国碳中和目标下的风光技术展望持续性的全球气候变化将会对全球自然生态系统、人类社会的可持续发展构成巨大的威胁。在巴黎协定中,各国政府相继提出相关净零排放目标,以遏制温室气体的快速增加。中国作为当今世界上经济与能
12、源大国,在 2020 年 9 月第 75 届联合国大会的一般性辩论中作出了“二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值,努力争取 2060 年前实现碳中和”的重大承诺。在“双碳”目标下,发展风、光等可再生能源成为“零碳”电力系统的主力军,既是能源结构转型的一项重要举措,也是构建新型电力系统的关键。随着风、光可再生能源电力的大规模开发,风、光发电全产业链的技术、成本、安全供应、生态效益等将面临着新的机遇与挑战,构建技术先进、成本低廉、安全稳定、生态友好的风、光发电技术体系,是引领我国可再生能源行业可持续发展的关键。近五年,随着国际形势与产业结构的加速变化,新技术、新应用、新开发模式不断涌现,进一
13、步加速了风电与光电行业的快速发展,并促进了可引言1序 言再生能源行业与信息技术、生态修复治理、农林牧渔等领域的深度交叉与融合。未来风电与光电的迅速增长需进一步突破行业技术发展瓶颈、实现产业的降本增效、加速可再生能源行业与生态修复的协同发展。加快风电、光电领域的科学研究与战略布局,不仅将优化加速全产业链的发展,同时也将为装备制造、生态修复、产业融合提供新的思路与支撑。在碳达峰、碳中和的时代背景下,风、光可再生能源行业的机遇前所未有,在全球战略的视角下系统分析全产业从生产到开发的一系列系统性问题,并构建前瞻性的中长期风光装机及技术发展的时空路线图,对我国以风光为主的可再生能源产业发展具有重要的现实
14、意义。在这一战略背景下,本报告旨在明确风、光发电等可再生能源发展面临的全产业链关键风险与挑战,识别风、光发电开发的内在优势与产业新机遇、新业态,并在此基础上展望我国风光发展的路线图与时间表,为我国未来电力系统的绿色与低碳发展提供数据支撑与相关建议。2中国碳中和目标下的风光技术展望第 1 章 碳中和目标下的风光电力自 2005 年以来,随着我国风电、光伏技术装备水平的不断加强,风电、太阳能发电的装机规模不断扩大,在电力结构中的装机与发电比重逐步提高,发展成效显著。随着“双碳”目标的提出,未来我国风、光发电预计将持续大规模发展,为应对全球气候变化发挥重要作用。本章通过梳理我国风电、光伏、光热资源开
15、发潜力,总结我国风、光潜力分布特征及时间变化趋势,在回顾我国风、光发展历史与现状的同时,展望我国碳中和目标下的风光发展路径。3第 1 章碳中和目标下的风光电力WIND ANDSOLAR POWER 014中国碳中和目标下的风光技术展望风光资源时空分布特征1.1风光资源评估既为宏观层面国家和地方制定风光发电发展规划提供依据,也是微观层面风光电场的选址、布局、机组的选型、发电量估算和经济概算的基础。本节通过对自然资源禀赋(风速、辐射量)、可再生能源技术特点、地理制约及土地类型限制的考量,总结了风电、光伏和光热三种可再生能源在我国的资源分布情况。1.1.1风光资源空间分布特征我国风能、太阳能资源十分
16、丰富,可开发潜力大。根据大量的研究估算,我国 100 米高度的风能资源(包括陆上风能和海上风能)的技术可开发量达到 10.9 至 20.1 太瓦(Lu et al.,2009;Sherman et al.,2020;Wang et al.,2022),以光伏发电(包括集中式和分布式光伏)为首的太阳能发电技术可开发量达到 45.6 至 58.9 太瓦(Chen et al.,2019;Wang et al.,2022),风光的理论装机容量远大于碳中和目标下的风光装机需求。风能的理论年发电潜力约 29至 44 亿万千瓦时(McElroy et al.,2009;Wang et al.,2022),
17、约为 2020 年全社会用电量的 4-6 倍(Chen et al.,2019;Wang et al.,2022)。太阳能光伏的理论年发电潜力约 67 至 101 亿万千瓦时,约为 2020 年全社会用电量的 9-13 倍。我国地域辽阔、地形起伏多变、下垫面复杂并涵盖不同的气候带,风速及太阳辐射量在各个区域变化特征差异较大,这导致我国不同地区的风光资源潜力存在较大差异。图 1.1 展示了我国 100 米高度的平均风速分布图及地面总水平辐射空间分布图。风速的分布显示,我国东北地区、河北北部、内蒙古、宁夏中南部、陕西北部、甘肃西部、新疆东部和北部、青藏高原、云贵高原和广西等地的山区以及东南沿海等地
18、年平均风速一般大于6.0米/秒,其中东北东部、内蒙古中东部、新疆北部和东部、甘肃西部和北部、青藏高原等地年平均风速达到 7.0 米/秒,部分地区达到 8.0 米/秒以上。山东西部及东部沿海、江苏、安徽东部等地年平均风速为 5.0-6.0 米/秒。我国其他陆地地区年平均风速一般低于 5.0 米/秒,主要分布在中部和东部平原地区及新疆的盆地区域。海上年平均风速明显大于陆地,其中台湾海峡和台湾省的近海风能资源最丰富,年平均风速在 7.5-10.0 米/秒之间;台湾海峡以北的近海海域年平均风速为 6.5-8.0 米/秒,广东、广西和海南岛近海海域的年平均风速为 6.0-7.5 米/秒。辐射量的分布显示
19、,我国太阳能发电潜力总体分布不均,呈现出西北高东南低的分布格局。以西藏、青海、甘肃西部、新疆东南部、内蒙古西部为首的我国西部地区,大面积光伏辐照强度100 米高度的风能资源 技术可开发量达到 10.9-20.1 TW以光伏发电为首的太阳能发电技术可开发量达到45.6-58.9 TW1961-1990 年,“变暗”趋势每十年 7.87 W/m2每十年 2.4 W/m21991-2009 年,“变亮”趋势近几十年来我国NSWS减少趋势的大致范围每年0.1-0.22 m/s存在短暂的增加趋势2010年后NSWS5第 1 章碳中和目标下的风光电力高于 1700 千瓦时/平方米,而华中地区和东北地区的辐
20、射量较低。在综合地理条件、土地约束、风速大小、辐射强度等因素之后,计算得出我国风光发电的发电容量因子如图 1.2 所示。我国适宜风电开发的地区主要集中在“三北”地区和东南沿海地区。东南沿岸及其周边岛屿的海上风力资源丰富,为我国最大的图 1.2我国风电、光伏、光热发电容量因子分布特征(剔除不可用土地面积)图 1.1我国风速与辐射量空间分布图6中国碳中和目标下的风光技术展望海上风能资源区。陆上风电,内蒙古、甘肃北部的容量因子基本高于 30%,为陆上风能资源最丰富的区域;其次为黑龙江和吉林东部以及辽东半岛沿海;青藏高原的陆上风力资源也较为优质,但受地形及海拔高度限制,开发难度较大。云贵川、甘肃、陕西
21、南部、河南和湖南的西部、福建、广东、广西的山区、塔里木盆地因风速、地形等因素,风电开发的容量因子较低,开发风电的条件一般。在光伏发电中,我国光伏潜力总体呈现出西北高东南低的分布格局,分布不均衡,容量潜力最高的地区集中在西北地区、华北地区和西藏地区,有大面积区域的容量因子高于 20%,适合集中式光伏的开发。而中部地区、东部及南部沿海地区,主要受到光照强度的限制,容量因子仅为 12%-17%,更适合开展装机规模较小的分布式光伏建设,直接为住宅、商业建筑及公共设施提供电力供应。我国太阳能光热发电由于对太阳法向直接辐照度及大范围的土地利用有较高要求,因此我国光热发电潜力在空间分布上呈现明显的南北差异,
22、全国共有 17 个省份具备开发潜力,且主要集中在三北地区。其中新疆、内蒙古、西藏、青海和甘肃是辐射条件、自然资源最为适宜的省份(自治区),这 5 个省份(自治区)的光热发电潜力超过全国总发电潜力的 95%。受法向直接辐照度限制,我国南方、华东及华中地区暂不具备光热发电条件。在综合地理条件约束与风速、辐射自然约束后,表 1.1 总结了我国各地区的风光装机潜力与理论发电潜力。我国陆上风电在华北地区开发潜力最大,东北、西北次之,西南和华中地区开发潜力较小;海上风电集中在我国的华东和南方沿海地区;集中式光伏发电在西北地区开发潜力最大,华北次表 1.1我国风能和光伏装机潜力、年均理论发电潜力及 2020
23、 年耗电量(Wang et al.,2022)技术可开发量每年理论蕴藏量年消耗量吉瓦亿万千瓦时亿万千瓦时区域电网省份风能陆上风能海上风能光伏集中式光伏分布式光伏风能光伏东北内蒙古东部6196190923835881.7441.2960.0628黑龙江70670603011491521.9370.3940.1014吉林30430403562431130.8610.4660.0805辽宁289176113191171740.7770.2380.2423西北甘肃321321027582682760.7184.1280.1376宁夏82820282253290.2410.3910.1038青海1861
24、86039143886280.3796.4910.0742陕西1651650372298750.4480.4580.1741新疆618618021200210541441.29329.270.2998华北北京0006125900.0720.114河北33428153338592790.9880.5870.3934山东596296300417213951.6360.5520.694山西12712703111941170.3640.4390.2342天津15114420420.0420.050.0875内蒙古西部207820780853783951425.39912.870.32717第 1 章碳
25、中和目标下的风光电力技术可开发量每年理论蕴藏量年消耗量吉瓦亿万千瓦时亿万千瓦时区域电网省份风能陆上风能海上风能光伏集中式光伏分布式光伏风能光伏东南重庆43430221210.1080.0030.1187贵州109109010476280.2960.1050.1586四川223223015775820.6210.1820.2865西藏52452403332332741.3756.1770.0082华南广东677141536202191821.9770.2570.6926广西25018169187101860.7080.2220.2025海南246452012910190.5630.0330.03
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 中国 中和 目标 风光 技术 展望
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【Stan****Shan】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【Stan****Shan】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。